Faisant suite à mon séjour dans le Département de Génie
Civil et de Mécanique Appliquée de l’Université de McGill (Montréal, Canada) et
ma collaboration avec S.B. Savage, nous avons continué nos études sur un modèle
numérique de milieux granulaires soumis à des forces cohésives (Modèle de
dynamique moléculaire). Ce modèle permet de décrire de façon exhaustive les
interactions micromécaniques intervenant entre les grains. Nous avons utilisé
les lois de comportement mécanique classiquement admises dans ces modèles. Les
grains peuvent s’interpénétrer et donc opposent une force normale
proportionnelle à cet overlap mais temporisé par un amortisseur judicieusement
choisi (d’où l’appellation « Spring-Dashpot ») afin d’éviter des effets
d’oscillations telles que la propagation sonore. De même, les forces
tangentielles sont définies par un coefficient dépendant du glissement
tangentiel des grains et pareillement amorties. De plus ces forces tangentielles
sont régies par le critère de Coulomb lorsque le contact est purement sec.
L’adjonction de forces de cohésion peut générer des contraintes tangentielles
plus importantes.
Ce
modèle a permis ainsi de simuler le comportement d’ice floes (bloc de glace
large mais peu épais) soumis aux courants marins. Par extension, dans ce modèle
nous pouvons introduire des éléments constitués de plusieurs grains
initialement collés qui se rompent sous l’action des sollicitations extérieures
(cisaillement dû aux courants marins, Coriolis, vents, etc…..) mais aussi des
éléments qui se soudent sous compression (agglomération de blocs de glace
mécaniquement ou thermiquement). Ces résultats sont analysés et modifiés en
fonction de paramètres obtenus sur des expériences « grandeur nature »
réalisées dans les centres d’études des glaces du Canada (CNRC à Terre-Neuve).
Les résultats préliminaires sur des empilements bidimensionnels soumis à une
compression biaxiale ont montré que le coefficient de frottement global d’un
empilement était quasi constant quelle que soit la valeur du coefficient de
frottement entre grains. Ceci est en contradiction avec les théories
généralement admises en mécanique des sols (Caquot, Bishop, Rowe, etc…) qui
ont proposé une dépendance linéaire entre ces deux paramètres. De même le
coefficient de frottement global n’est jamais nul même si la valeur du
coefficient de frottement entre grain l’est : l’encombrement géométrique jouant
le rôle de contraintes de cisaillement faible.
Figure : Courbes forces
déplacement lors d’un essai biaxial avec différentes valeurs de confinement
(entre 20 et 200kPa).
Nous
avons montré que le coefficient de frottement global augmentait avec la
croissance de la distribution de tailles des grains. En effet, l’apparition de
zones plus ou moins ordonnées géométriquement provoque la transmission des
forces de contacts sur de grandes longueurs de corrélation et ainsi perturbe le
coefficient de frottement global (diminution). La répartition anisotrope des
forces de contacts due à la compression biaxiale n’est pas compensée par une
répartition uniforme des orientations de ces forces.
